Цитология и гистология

Министерство образования Республики Беларусь

Учебно-методическое объединение вузов РБ по естественнонаучному образованию

Учебно-методическое объединение вузов РБ по экологическому образованию

УТВЕРЖДАЮ

Первый заместитель Министра образования

Республики Беларусь

________________

16 июня 2008 г.

Регистрационный № ТД - G. 141/тип.

Цитология и гистология

Типовая учебная программа

для высших учебных заведений по специальностям:

1Биология;

1Биоэкология

СОГЛАСОВАНО Председатель УМО вузов по естественнонаучному образованию _____________ 22 мая 2008 г. Председатель УМО вузов по экологическому образованию _____________ 10 июня 2008 г.

СОГЛАСОВАНО Начальник Управления высшего и среднего специального образования ________________ 16 июля 2008 г. Первый проректор Государственного учреждения образования «Республиканский институт высшей школы» ________________ 25 июня 2008 г. Эксперт-нормоконтролер ________________ 25 июня 2008 г.

Минск 2008

Составители:

Сергей Витальевич Глушен, доцент кафедры генетики Белорусского государственного университета, кандидат биологических наук;

Василий Викторович Гринев, доцент кафедры генетики биологического факультета Белорусского государственного университета, кандидат биологических наук, доцент;

Марина Петровна Куницкая, старший преподаватель кафедры генетики биологического факультета Белорусского государственного университета.

РЕЦЕНЗЕНТЫ:

Кафедра молекулярной и экологической генетики Учреждения образования «Международный государственный экологический университет им. »;

Иван Андреевич Гордей, заведующий лабораторией хромосомной инженерии растений ГНУ «Институт генетики и цитологии» НАН Беларуси, доктор биологических наук, профессор.

РЕКОМЕНДОВАНА К УТВЕРЖДЕНИЮ В КАЧЕСТВЕ ТИПОВОЙ:

Кафедрой генетики Белорусского государственного университета

(протокол от 29 февраля 2008 г.);

Научно-методическим советом Белорусского государственного университета

(протокол от 27 марта 2008 г.);

Научно-методическим советом по специальности 1Биология

Учебно-методического объединения вузов РБ по естественнонаучному образованию

(протокол от 28 марта 2008 г.);

Научно-методическим советом по специальностям 1Биоэкология и
1Геоэкология Учебно-методического объединения вузов РБ по экологическому образованию

(протокол от 23 апреля 2008 г.).

Ответственный за выпуск: .

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Цитология и гистология представляет собой одну из ведущих биологических дисциплин, которая дает фундаментальные знания специалисту-биологу и формирует его научное мировоззрение. Задачи цитологии и гистологии - изучение закономерностей строения, функционирования, воспроизведения и гибели клеток, а также закономерностей развития, строения, функционирования и эволюции тканей живых организмов.

Современная цитология и гистология тесно связана с молекулярной биологией, генетикой, биохимией, физиологией и другими биологическими науками, так как именно на клеточном уровне реализуются основные процессы обмена веществ, энергии и информации. Это тем более важно иметь в виду в эпоху молекулярной биологии, поскольку роль молекулярно-генетических процессов можно в полной мере оценить только с учетом структурно-функциональной организации клеток и тканей.

В результате изучения дисциплины обучаемый должен:

знать:

- структурно-функциональную организацию клеток животных и растений;

- клеточный цикл и его регуляцию, механизмы деления клеток (митоза и мейоза) и их генетически детерминированной гибели;

- принципы дифференцировки клеток как процесса их функциональной специализации в многоклеточном организме;

- классификацию и свойства основных тканей животных и человека, закономерности их гистогенеза и регенерации;

уметь:

- настраивать световой микроскоп и работать на нем;

- изготавливать препараты растительных и животных клеток и проводить их цитологическое исследование;

- идентифицировать гистологические препараты и делать описание основных типов тканей человека и позвоночных животных.

Преподавание курса проводится по блочно-модульному принципу с выделением 3 основных блоков (модулей). 1. Клеточная теория. Методы цитологии и гистологии. 2. Цитология. 3. Гистология.

При чтении лекционного курса необходимо применять наглядные материалы в виде таблиц и мелового рисунка, а также использовать технические средства обучения для демонстрации слайдов и презентаций.

Для организации самостоятельной работы студентов по курсу следует использовать современные информационные технологии: разместить в сетевом доступе комплекс учебных и учебно-методических материалов (программа, методические указания к лабораторным занятиям, список рекомендуемой литературы и информационных ресурсов, задания в тестовой форме для самоконтроля и др.).

Лабораторные занятия предусматривают освоение техники микроскопирования, методики приготовления временных цитологических и гистологических препаратов, выполнения биологического рисунка, идентификацию клеток и тканей человека и животных, и должны быть обеспечены микроскопами, живым и фиксированным материалом для исследования, готовыми микроскопическими препаратами, демонстрационными таблицами, атласами по цитологии и гистологии.

Эффективность самостоятельной работы студентов целесообразно проверять в ходе текущего и итогового контроля знаний в форме устного опроса, коллоквиумов, тестового компьютерного контроля по темам и разделам курса (модулям), проверки ведения альбомов. Для общей оценки качества усвоения студентами учебного материала рекомендуется использование рейтинговой системы.

Программа рассчитана максимально на 194 часа, в том числе 80 часов аудиторных: 48 – лекционных и 32 – лабораторных занятий.

ПРИМЕРНЫЙ ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН

№ разделов и тем	Наименование разделов и тем	Аудиторные часы
Всего	Лекции	Лаборатор-ные занятия
I.	Введение.	6	4	2
II., 2.1–2.15.	Цитология. Цитоплазма. Плазматическая мембрана (плазмалемма). Плазматическая сеть. Пластинчатый комплекс (аппарат Гольджи). Лизосомы. Эндосомы. Секреторные везикулы и гранулы. Пероксисомы (глиоксисомы). Митохондрии. Пластиды. Цитоскелет. Рибосомы. Клеточное ядро. Включения. Особенности организации растительной клетки.	24	14	10
2.16.	Размножение и гибель клеток.	4	2	2
2.17.	Мейоз.	4	2	2
2.18.	Дифференцировка клеток.	2	2	-
III., 3.1–3.4.	Гистология. Эпителиальные ткани. Ткани внутренней среды. Мышечные ткани. Нервная ткань.	38	22	16
3.5.	Закономерности эволюции тканей.	2	2	-
ИТОГО:	80	48	32

I. ВВЕДЕНИЕ

Цитология и гистология, их цели и задачи, место среди других биологических наук. Возникновение и развитие цитологии и гистологии. Изобретение микроскопа и ранние микроскопические исследования живых организмов (работы Р. Гука, М. Мальпиги, Н. Грю, А. Левенгука и др.). Создание клеточной теории (Т. Шванн, М. Шлейден, Я. Пуркинье, Р. Вирхов). Основные положения клеточной теории. Достижения цитологии и гистологии в XIX и XX веках. Развитие цитологии и гистологии в России (А. Шумлянский, К. Бэр, И. Чистяков, И. Мечников, А. Максимов, А. Заварзин, Н. Хлопин и др.) и Беларуси (С. Миленков, А. Леонтюк и др.).

Микроскопия как основной метод цитологии и гистологии. Принцип работы и устройство светового микроскопа, формула Э. Аббэ. Методы темного поля, фазового контраста, дифференциально-интерференционного контраста по Номарскому (DIC). Поляризационная, флуоресцентная и конфокальная микроскопия. Электронная и атомно-силовая микроскопия. Методы количественного исследования клеток и тканей (морфометрия, цитофотометрия, цитофлуорометрия, проточная цитометрия).

Культуры клеток и тканей, микрохирургия. Способы витального микроскопического исследования клеток. Принципы фиксации и визуализации биологических микроструктур. Наиболее распространенные в цитологии и гистрологии фиксаторы и красители. Методы определения в клетке нуклеиновых кислот, белков, ферментов, углеводов и липидов. Авторадиография. Иммуноцитохимия.

II. ЦИТОЛОГИЯ

Общая характеристика клетки как автономной самовоспроизводящейся системы на основе биологических мембран. Химический состав и свойства биомембран, модели их молекулярной организации. Единство строения и функционирования эукариотической клетки, ее компонентов и органоидов. Особенности структурно-функциональной организации прокариотических клеток. Вирусы как неклеточная форма жизни. Теория гиперцикла М. Эйгена.

2.1. Цитоплазма. Химический состав цитоплазмы. Одномембранные, двух-мембранные и немембранные компоненты и органоиды клетки. Гиалоплазма.

2.2. Плазматическая мембрана (плазмалемма). Особенности молекуляр-ной организации плазмалеммы. Пассивный и активный транспорт веществ через плазмалемму. Теории клеточной проницаемости. Молекулярные насосы. Роль плазмалеммы в процессах фагоцитоза, пиноцитоза и специфического эндо-цитоза, в межклеточных контактах и коммуникациях. Дериваты плазмалеммы (гликокаликс, микроворсинки и др.).

2.3. Плазматическая сеть. Особенности ультраструктуры шероховатой и гладкой плазматической сети. Роль шероховатой плазматической сети в синтезе и транспорте секреторных белков. Воспроизводство клеточных мембран. Связь гладкой эндоплазматической сети с синтезом полисахаридов, жиров, стероидов, дезактивацией продуктов катаболизма. Специализированные типы клеток с развитой шероховатой и гладкой плазматической сетью (плазматические клетки, мышечные волокна, гепатоциты и др.).

2.4. Пластинчатый комплекс (аппарат Гольджи). Ультраструктура диктиосом и их функции: сегрегация, модификация и накопление белков, синтез углеводов. Роль пластинчатого комплекса в секреции. Пластинчатый комплекс диффузного и сетчатого типа в специализированных клетках.

2.5. Лизосомы. Химический состав и ультраструктура лизосом. Первичные и вторичные лизосомы, остаточные тельца, аутофагосомы. Роль лизосом в фагоцитозе и некрозе клеток. Лизосомальный цикл. Связь лизосом с комплек-сом Гольджи. Специализированные типы клеток с развитым лизосомальным аппаратом.

2.6. Эндосомы. Фагосомы, пиносомы и опушенные везикулы, их роль в эндоцитозе. Взаимодействие фагосом с лизосомами, фаголизосомы. Ультра-структура опушенных везикул, белок клатрин. Роль опушенных везикул в рециклизации рецепторов и мембранного материала клетки. Эндоцитоз в эндотелии сосудов.

2.7. Секреторные везикулы и гранулы. Экзоцитоз. Участие плазаматической сети, пластинчатого комплекса и опушенных везикул в формировании секретор-ных везикул и гранул. Экзоцитоз в бокаловидных клетках кишечника и клетках аденогипофиза.

2.8. Пероксисомы (глиоксисомы) клеток животных и растений. Особенности ультраструктуры и воспроизведения пероксисом, роль в метаболизме перекиси водорода, пуринов и других веществ.

2.9. Митохондрии. Размеры, форма и ультраструктура митохондрий. Свойс-тва наружной и внутренней митохондриальных мембран, кристы, матрикс. Окислительное фосфорилирование. Грибовидные тельца. Хемиосмотическая теория П. Митчела. Особенности генома и белоксинтезирующей системы митохондрий. Размножение митохондрий. Гипотезы происхождения митохонд-рий.

2.10. Пластиды. Онтогенез и структурно-функциональные перестройки пластид. Структура и функции хлоропластов. Геном хлоропластов.

2.11. Цитоскелет. Микрофиламенты, микротрубочки и промежуточные филаменты как основные компоненты цитоскелета.

Химический состав и ультраструктура микрофиламентов. Актин и ассоци-ированные с ним белки. Молекулярные механизмы сокращения актино-миозиновых комплексов. Специализированные структуры на основе микрофи-ламентов (микроворсинки эпителия и миофибриллы мышечных тканей).

Химический состав и ультраструктура микротрубочек. Тубулины и ассоци-ированныве с ними белки. Клеточный центр, ультраструктура материнской и дочерней центриоли. Удвоение центриолей в клеточном цикле. Ахроматиновое веретено. Реснички и жгутики.

Особенности химического состава и супрамолекулярной структуры проме-жуточных филаментов. Классификация белков промежуточных филаментов. Роль промежуточных филаментов в поддержании размеров и формы клеток и внутриклеточных структур. Кератиновые волокна эпителиальных клеток.

Микротрабекулярная сеть.

2.12. Рибосомы. Химический состав и ультраструктура малой и большой субъединиц эукариотических рибосом. Белоксинтезирующая система. Центры связывания и катализа рибосомы. Особенности эукариотической иРНК, стартовый и терминирующие кодоны. Этапы биосинтеза белка - инициация, элонгация, терминация. Стадии элонгации полипептиджной цепи – связывание, транспептидация, транслокация. Регулирующие трансляцию белки.

2.13. Клеточное ядро. Роль ядра в хранении, редупликации и транскрипции генов. Морфология, химический состав и архитектура клеточного ядра. Кариолимфа.

Ультраструктура нуклеолеммы. Различия химического состава и свойств наружной и внутренней мембран нуклеолеммы. Ламина. Поровые комплексы и их функции.

Химический состав и строение ядерного матрикса. Роль ядерного матрикса в проддержании размеров и формы ядра.

Хроматин как сложный комплекс нуклеиновых кислот и белков. Генети-ческая гетерогенность ДНК: уникальные и повторяющиеся последовательности нуклеотидов. Гистоны и негистоновые белки хроматина. Эухроматин и гетеро-хроматин. Уровни организации хроматина: нуклеосомы, нуклеомеры, фибриллы 30 нм, петлевые домены, хромомеры, хромонемы, хроматиды, хромосомы, хромосомные территории. Конфигурация Рабля.

Химический состав и функции ядрышка. Компоненты активного ядрышка: ядрышковый организатор (фибриллярный центр), плотный фибриллярный компонент, гранулярный компонент, околоядрышковый гетерохроматин, белковый матрикс. Транскрипция и процессинг рибосомальной РНК.

Тельца Кахаля. Перихроматиновые и интерхроматиновые фибриллы и гранулы.

2.14. Включения. Экзогенные включения металлов и красителей. Эндоген-ные включения гликогена, липидов и пигментов (меланина, липофусцина и др.).

2.15. Особенности организации растительной клетки. Клеточная стенка. Центральная вакуоль, сферосомы. Пластиды. Включения в клетках растений. Плазмодесмы.

2.16. Размножение и гибель клеток. Генетический контроль размножения соматических клеток (число Хейфлика). Модель клеточного цикла Говарда и Пелка. Пресинтетический, синтетический и постсинтетический периоды. Репликация ДНК и репликон.

Митоз как основной способ размножения соматических клеток. Фазы митоза (профаза, метафаза, анафаза, телофаза). Мофрология митотических хромосом. Цитотомия (цитокинез). Пролиферативный пул. Генетическая и эпигенетическая регуляция клеточного цикла (циклины, факторы роста, митогены и др.). Эндомитоз и полиплоидия. Политения и политенные хромосомы. Амитоз.

Апоптоз как физиологическая гибель клеток. Морфологические признаки апоптоза (кариорексис, пикноз и др.). Молекулярные механизмы апоптоза (индукторы, каспазы, фрагментация ДНК). Отличия апоптоза от некроза.

2.17. Мейоз как способ деления клеток зародышевого пути при половом размножении организмов. Типы мейоза: зиготный, гаметный и споровый (промежуточный). Редукционное деление. Поведение хромосом в профазе I мейоза и ее стадии: лептотена, зиготена, пахитена, диплотена, диакинез. Конъюгация гомологичных хромосом (синапсис). Синаптонемальный комплекс, бивалент. Кроссинговер и рекомбинационные узелки. Хромосомы типа "ламповых щеток". Эквационное деление. Биологическое значение мейоза.

2.18. Дифференцировка клеток. Стволовые клетки эмбриона и взрослого организма. Полипотентность стволовых клеток и механизмы их коммитиро-вания. Дифференциальная активность генов как основа функциональной специализации клеток Понятие о диффероне – дифференцирующемся клеточ-ном клоне, происходящем из стволовой клетки.

III. ГИСТОЛОГИЯ

Определение понятия "ткань". Принципы классификации тканей на основе их строения, функций, онтогенеза, степени обновления и эволюционного происхождения.

3.1. Эпителиальные ткани. Общая характеристика эпителиальных тканей. Морфологическая, физиологическая и гистогенетическая классификация эпителиев. Межклеточные контакты. Диффероны эпителия тонкого и толстого кишечника и эпидермиса кожи. Гистогенез, физиологическая и репаративная регенерация эпителиев. Железистый эпителий. Цитофизиология секреторной клетки. Типы секреции. Особенности гистоструктуры желез внутренней и внешней секреции. Морфологическая классификация желез внешней секреции. Гистофизиология молочной, поджелудочной и щитовидной желез.

3.2. Ткани внутренней среды. Общая характеристика, классификация и функции.

Кровь и лимфа. Кровь как ткань. Химический состав плазмы и сыворотки крови. Классификация форменных элементов крови. Морфофизиологическая характеристика клеток крови. Формула крови и ее изменения при физиологических и патологических состояниях организма. Клеточный состав лимфы.

Стволовая кроветворная клетка и кроветворный дифферон. Эритропоэз, гранулоцитопоэз, тромбоцитопоэз и моноцитопоэз. Закономерности диффере-нцировки Т - и В-лимфоцитов. Иммунная система. Эмбриональный гистогенез крови.

Рыхлая соединительная ткань. Морфология и функции клеток рыхлой соединительной ткани. Химический состав и физические свойства коллагеновых эластических и ретикулярных волокон. Химический состав и свойства аморфного вещества. Формирование волокон и межклеточного вещества фибробластами.

Мезенхима как эмбриональная соединительная ткань. Гистогенез соединительной ткани, ее физиологическая и репаративная регенерация.

Взаимодействие соединительной ткани и крови в процессе воспалительной реакции.

Плотная соединительная ткань. Особенности строения и функции дермы, сухожилий, связок, фасций, апоневрозов. Их строение и функции.

Хрящевая ткань. Типы хрящевой ткани. Гиалиновый хрящ как орган. Строение и функции надхрящницы. Хондроциты и хондробласты. Химический состав и строение межклеточного вещества хряща. Гистогенез и регенерация хрящевой ткани.

Костная ткань. Остеоциты, остеобласты и остеокласты. Химический состав и структура межклеточного вещества кости. Грубоволокнистая и пластинчатая костная ткань. Строение трубчатой кости в районе диафиза. Остеоны. Прямой и непрямой гистогенез костной ткани. Регенерация кости. Гормональный контроль минерализации и возрастные изменения костной ткани.

3.3. Мышечные ткани. Общая характеристика мышечных тканей, их морфофункциональная и гистогенетическая классификации.

Поперечно-полосатая мышечная ткань. Ультраструктура миона. Трофическая, опорная и сократительная системы миона. Миофибрилла и саркомер. Молекулярный механизм мышечного сокращения. Красные и белые мионы. Гистогенез и регенерация поперечно-полосатой мускулатуры.

Сердечная мышечная ткань. Строение миокарда. Ультраструктура рабочих, проводящих и секреторных кардиомиоцитов. Водитель ритма и проводящая система. Гистогенез и регенерация миокарда.

Гладкая мышечная ткань. Строение и функции гладкомышечной клетки. Локализация гладкой мышечной ткани в организме. Гистогенез и регенерация гладкой мышечной ткани.

3.4. Нервная ткань. Общая характеристика нервной ткани. Клеточный состав нервной ткани. Нейронная теория строения нервной системы. Морфология нейрона, аксон и дендриты. Классификации нейронов по числу отростков и месту в рефлекторной дуге. Ультраструктура нейрона: тигроидное вещество, нейрофибриллы, сетчатый аппарат (комплекс Гольджи), особенности строения ядра и других органоидов. Мезханизм генерации нервного импульса. Восходящий и нисходящий транспорт веществ. Секреторные функции нейрона. Нейросекреторные клетки.

Классификация клеток нейроглии. Макро - и микроглия. Особенности структуры и функции эпендимоцитов, плазматических и волокнистых астроцитов, олигодендроцитов. Взаимоотношения нейроглии с нейронами.

Строение безмякотных и мякотных нервных волокон. Морфогенез миелиновой оболочки. Ультраструктура химических и электрических синапсов. Механизм синаптической передачи. Нейромедиаторы.

Микроскопическое строение эффекторных нервных окончаний (моторные бляшки).

Классификации и строение рецепторных нервных окончаний (осязательные мениски, тельца Фатера-Пачини и др.) .

Гистогенез и регенерация нервной ткани.

3.5. Закономерности эволюции тканей. Первые теории эволюции тканей (теория гастреи Э. Геккеля, теория фагоцителлы И. Мечникова). Теория параллелизма в эволюции тканей А. Заварзина. Эволюция тканей с позиций теории дифферона.

ЛИТЕРАТУРА

Основная:

1. Гистология, цитология и эмбриология / . М.: Медицина, 2004.

2. Гистология, цитология и эмбриология. Атлас / , , и др. М.: Медицина, 1996.

3. Цитология и гистология. Конспект лекций / Мн.: БГУ, 2003.

4. Введение в клеточную биологию / . М.: Академкнига, 2004.

5. Общая цитология / М.: МГУ, 1995.

Дополнительная:

1. Альбертс Б. Молекулярная биология клетки / Б. Альбертс, Д. Брэй, Дж. Льюис, М. Рэфф, К. Робертс. М.: Мир, 1993. Т. 1–3.

2. Цитология и общая гистология (функциональная морфология клеток и тканей организма). / . СПб.: СОТИС, 2000.

3. Сравнительная гистология / . СПб.: Изд-во С-Петерб. ун-та, 2000.

4. Гистология человека в мультимедиа. / , , . СПб.: ЭЛБИ-СПб., 2004.

5. Молекулярная биология клетки. Сборник задач. М.:Мир, 1994.

6. Молекулярная биология клетки / , Д. Шилдс. М.: БИНОМ-Пресс. 2003.

7. Гистология / , . М.: Геотар Медицина, 2001.

8. http:// www.molbiol.ru

9. http:// www.cellbio.com